Réflexion et réfraction de la lumière

La réflexion et la réfraction de la lumière sont des phénomènes physiques liés à la direction de propagation de la lumière.

Ces phénomènes se produisent lorsque la lumière, qui se déplace généralement en ligne droite, entre en collision ou rencontre une surface ou un milieu sur son chemin.

La rĂ©flexion se produit lorsque la lumière rencontre une surface (un cristal, par exemple) et ce que l’on appelle communĂ©ment un «rebond» du faisceau lumineux se produit.

La rĂ©fraction, d’autre part, se produit lorsque la lumière, qui se dĂ©place dans une certaine direction dans un milieu physique (par exemple, l’air), atteint un autre milieu physique (par exemple, l’eau) et est capable de le traverser. Dans cette situation, la lumière est dĂ©viĂ©e dans sa direction et la lumière est rĂ©fractĂ©e.

Réflexion de la lumière

La rĂ©flexion de la lumière est le phĂ©nomène optique qui se produit lorsqu’un rayon de lumière atteint une surface et retourne dans l’espace d’oĂą il provient.

Nous sommes entourĂ©s d’une infinitĂ© de rayons lumineux qui entrent constamment en collision avec les objets qui nous entourent.

Pour comprendre la réflexion de la lumière, trois éléments sont considérés:

  • un) la foudre incidente, qui est le rayon qui atteint la surface rĂ©flĂ©chissante;
  • 2) le rayon rĂ©flĂ©chi, qui est le rayon qui “sort” ou rebondit sur la surface de rĂ©flexion; Oui
  • 3) le ligne normale, qui est une ligne imaginaire perpendiculaire Ă  la surface qui est tracĂ©e Ă  partir du point de rencontre des rayons incident et rĂ©flĂ©chi.

Grâce Ă  la rĂ©flexion de la lumière, nous percevons les formes et les couleurs de notre environnement, puisque la rĂ©flexion de la lumière sur les surfaces permet l’illumination des espaces, afin que nous puissions distinguer ce qui nous entoure.

Ainsi, par exemple, lorsque des rayons lumineux frappent une surface polie lisse, telle que la surface d’un lac ou d’un miroir, une image est reproduite. Lorsque les rayons lumineux frappent une surface rugueuse, les rayons sont diffusĂ©s sans former d’image.

Lois de réflexion de la lumière

Pour expliquer le fonctionnement de la réflexion de la lumière, il existe deux lois:

Première loi: les rayons incident et rĂ©flĂ©chi, ainsi que la normale sont dans le mĂŞme plan. Si nous pouvions voir le faisceau incident et le faisceau rĂ©flĂ©chi d’en haut, nous verrions qu’ils forment tous deux une ligne droite.

Deuxième loi: le rayon frappant la surface arrive sous un angle et le rayon réfléchi est renvoyé sous le même angle. Cela explique comment deux personnes peuvent se voir à travers un miroir sans être proches.

 

Réfraction de la lumière

La rĂ©fraction de la lumière se produit lorsqu’elle passe Ă  travers un milieu autre que celui dont elle provient. Autrement dit, lorsque la lumière provient de l’air et pĂ©nètre dans l’eau, une rĂ©fraction se produit. On entend ici par mĂ©dium un espace oĂą se produit un phĂ©nomène, par exemple l’air, l’eau, le verre sont des supports.

Dans la réfraction de la lumière, les éléments suivants sont considérés:

  • un) la foudre incidente, qui est le rayon qui atteint l’interface entre deux mĂ©dias;
  • 2) le rayon rĂ©fractĂ©, qui est le rayon qui est dĂ©tournĂ© de l’interface; Oui
  • 3) la ligne normale, qui est une ligne imaginaire perpendiculaire Ă  la surface qui est dessinĂ©e Ă  partir du point de rencontre des rayons incident et rĂ©fractĂ©.

La rĂ©fraction de la lumière explique pourquoi un bâton droit semble pliĂ© ou fendu lorsqu’il est placĂ© dans un verre d’eau ou d’un autre liquide. En rĂ©alitĂ©, les rayons lumineux sont dĂ©viĂ©s lorsqu’ils passent de l’air Ă  l’eau et lorsqu’ils passent de l’eau Ă  l’air. Les rayons rĂ©fractĂ©s atteignent les yeux, nous faisant croire que la tige n’est pas droite.

Les lentilles et les loupes basent leur fonctionnement sur la propriété réfractive de la lumière, en déviant les rayons pour les concentrer en un point, ce qui peut focaliser ou déformer une image.

exemples de réfraction de la lumière

Lois de la réfraction de la lumière

La rĂ©fraction de la lumière peut s’expliquer par deux lois:

Première loi: le rayon incident, le rayon rĂ©fractĂ© et la ligne normale perpendiculaire au point d’incidence sont sur le mĂŞme plan. Ainsi, si nous regardons d’en haut, nous pouvons voir que le rayon incident et le rayon rĂ©fractĂ© sont continus.

Deuxième loi: le rayon lumineux atteint la surface de sĂ©paration de deux milieux avec un certain angle, mais le rayon rĂ©fractĂ© part avec une inclinaison qui dĂ©pend de l’indice de rĂ©fraction du milieu. Cette loi est Ă©galement connue sous le nom de loi de Snell et est prĂ©sentĂ©e avec la formule:

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oĂą n1 indique l’indice de rĂ©fraction du milieu du rayon incident, θ1 est l’angle d’incidence, n2 est l’indice de rĂ©fraction du milieu du rayon rĂ©fractĂ© et θ2 est l’angle de rĂ©fraction.

6 expériences de réflexion et de réfraction de la lumière

Nous vous présentons quelques expériences que vous pouvez réaliser chez vous.

1. RĂ©flexion interne totale

Comment le faire? Pour comprendre ce qu’est la rĂ©flexion interne totale, nous avons besoin de verres clairs et d’eau. Remplissez un verre d’eau. Placez le verre lĂ©gèrement au-dessus des yeux. Trempez votre doigt dans l’eau.

Qu’est-ce qui se passe? Lorsque vous regardez d’en bas, vous pouvez Ă  peine voir le bout de votre doigt et son reflet sur la surface de l’eau. C’est ce que l’on appelle la rĂ©flexion interne totale, un phĂ©nomène oĂą la lumière est rĂ©flĂ©chie dans un milieu plus dense que l’air.

réflexion interne de la lumière dans le verre d'eau

2. Le périscope

Comment le faire? Pour cela, nous avons besoin de deux petits miroirs et d’un tube en carton. Ce pourrait ĂŞtre le tube qui reste du papier absorbant.

Découpez un trou à chaque extrémité du tube sur différents côtés du tube. Collez ou fixez un petit miroir à un angle de 45 ° sur chaque bord du tube, de sorte que ses faces réfléchissantes soient parallèles les unes aux autres. Fermez les extrémités du tube.

Qu’est-ce qui se passe? Si vous regardez Ă  travers l’un des trous, vous pouvez voir vers quoi pointe l’autre ouverture. Vous venez de construire un pĂ©riscope. Cet instrument est utilisĂ© pour voir des objets qui ne sont pas directement dans le champ visuel, et il est basĂ© sur la rĂ©flexion de la lumière dans les miroirs qui se trouvent Ă  l’intĂ©rieur d’un tube. Grâce Ă  cela, les marins dans un sous-marin peuvent observer la surface de la mer.

3. La pièce dans le bol

Comment le faire? Pour cette expĂ©rience, vous avez besoin d’une bouteille d’eau, d’un bol ou d’un bol et d’une pièce de monnaie ou d’une pierre. La pièce ou la pierre est placĂ©e au centre du conteneur. La personne se tient au niveau du bol pour que la pièce disparaisse sous le rebord. Sans bouger les yeux, il met l’eau de la bouteille Ă  l’intĂ©rieur jusqu’Ă  ce qu’il soit plein.

Qu’est-ce qui se passe? Avant de placer l’eau, la personne ne voit pas la pièce (ou la pierre), mais une fois que le bol est plein d’eau, la pièce apparaĂ®t en vue. C’est parce que les rayons lumineux qui pĂ©nètrent dans l’eau avec une dĂ©flexion, frappent la pièce et reviennent Ă  la surface de l’eau, oĂą ils sont rĂ©fractĂ©s dans l’air. Ces rayons atteignent nos yeux, nous montrant une pièce en ligne droite, alors qu’en fait elle est placĂ©e Ă  l’envers.

4. Le crayon plié

Comment le faire? Pour cette expĂ©rience, nous avons besoin d’un verre d’eau presque plein et d’un crayon Ă©moussĂ© avec un point noir Ă  l’extrĂ©mitĂ© de la gomme.

Nous fermons un Ĺ“il et regardons la gomme avec le point noir vers le haut. Nous introduisons le crayon dans le verre d’eau Ă  un angle de 45 °.

Qu’est-ce qui se passe? Avant de plonger le crayon, vous ne voyez que la gomme; une fois le crayon immergĂ©, le point noir apparaĂ®t au bout du crayon.

5. Pourquoi deux points rouges au plafond?

Comment le faire? Pour cette expĂ©rience, nous avons besoin d’un pointeur laser et d’un aquarium rempli d’eau. Nous pointons le faisceau laser vers la surface de l’eau Ă  un angle et avec les lumières Ă©teintes, nous pouvons localiser deux points de lumière au plafond.

Qu’est-ce qui se passe? Cela est dĂ» au fait que certains des faisceaux laser se reflètent sur la surface de l’eau vers le plafond, produisant un point lumineux. Les autres rayons pĂ©nètrent dans l’eau et sont rĂ©fractĂ©s puis frappent le fond de l’aquarium et sont rĂ©flĂ©chis Ă  l’intĂ©rieur de l’aquarium Ă  la surface de l’eau, oĂą ils sont rĂ©fractĂ©s jusqu’Ă  produire un point de lumière au plafond.

6. Le marbre dans la tasse

Comment le faire? Nous avons besoin d’une tasse, d’une bille et d’un grand aquarium ou aquarium avec de l’eau oĂą nous pouvons mettre la tasse. Essayez de mettre une bille dans la tasse qui se trouve Ă  l’intĂ©rieur de l’aquarium rempli d’eau. Faites-le d’abord en regardant d’en haut, puis en regardant du cĂ´tĂ© du rĂ©servoir. De quelle manière est-ce plus facile?

Expérience de réfraction: le marbre à l'intérieur de la tasse dans l'aquarium

Qu’est-ce qui se passe? Quand on regarde la coupe d’en haut, la lumière tombe perpendiculairement et suit son chemin linĂ©aire, sans dĂ©viation. C’est pourquoi il est beaucoup plus facile de mettre le marbre en regardant la coupe d’en haut que de cĂ´tĂ©.

Curiosités sur la réflexion et la réfraction de la lumière

  • La rĂ©flexion est utilisĂ©e pour chauffer dans les fours solairesLes fours solaires sont conçus pour reflĂ©ter les rayons du soleil dans une petite zone et augmenter la tempĂ©rature, permettant ainsi la cuisson des aliments.
  • La rĂ©flexion de la lumière permet la transmission d’informations: le principe selon lequel fonctionne la fibre optique Ă  travers laquelle les informations Internet sont transmises est la rĂ©flexion de la lumière Ă  l’intĂ©rieur du câble.
  • On voit grâce Ă  la rĂ©fraction de la lumière: Lorsque les rayons lumineux atteignent les yeux, ils pĂ©nètrent par la pupille et se rĂ©fractent dans l’Ĺ“il, pour se concentrer sur la rĂ©tine. Les informations sont envoyĂ©es depuis la rĂ©tine et dĂ©chiffrĂ©es dans le cerveau.
  • Nous pouvons prendre des photos en raison de la rĂ©fraction de la lumière: les objectifs des camĂ©ras dĂ©vient les rayons lumineux et cela nous permet de pouvoir enregistrer les images en photographies.
Référence

Ashmann, S., Anderson, CW, Boeckman, H. (2016). Aider les élèves du secondaire à développer une compréhension conceptuelle de la réfraction. Phys.Educ. 51: 0455009. DOI: 10.1088 / 0031-9120 / 51/4/045009

Kirkland, K. (2007) Lumière et optique. Faits au dossier. New York.

 

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